本體概念_論敘詞表的概念屬性對本體理論的滲透與轉(zhuǎn)換

　　摘要　論述敘詞表的計(jì)算機(jī)化管理為轉(zhuǎn)換領(lǐng)域本體創(chuàng)造條件，進(jìn)行敘詞表的概念屬性轉(zhuǎn)換本體的理論分析。通過本體轉(zhuǎn)換原理、方法及建模過程的討論，進(jìn)一步指出敘詞表本體轉(zhuǎn)換的可行性和必要性。并借用農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)本體的實(shí)例來說明OWL語言的實(shí)用性及本體理論在信息資源組織過程中的影響與作用。
　　關(guān)鍵詞　敘詞表　本體　OWL
　　分類號　G254.24
　　
　　本體理論注重在知識組織結(jié)構(gòu)的層面上描述具有語義關(guān)系的概念意義，其形成的本體技術(shù)(ontology)已經(jīng)被應(yīng)用于數(shù)字圖書館及相關(guān)領(lǐng)域，信息檢索的規(guī)范化、智能化以及Web語義的分析和確定均可以通過Ontology來實(shí)施。敘詞語言作為一種具有語義關(guān)系的語言系統(tǒng)，其詞匯表達(dá)的某一領(lǐng)域的屬性概念和On-tology有著相同的表現(xiàn)功能，通過敘詞語言來建構(gòu)本體理論中面向?qū)W科領(lǐng)域的概念化描述機(jī)制以及知識組織多元化體系具有顯著的優(yōu)越性。近幾年來，國際科研機(jī)構(gòu)和各國技術(shù)力量進(jìn)行了廣泛的研究，并取得了豐碩的成果，如聯(lián)合國糧農(nóng)組織利用RDFS(RDF Sche－ma)將Agrovoc敘詞表轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)本體；美國Syracuse大學(xué)的J.Qin和S.Paling建立了把GEM(教育資料網(wǎng)關(guān))中的受控詞表轉(zhuǎn)換為ontology的原理和原則框架。以敘詞語言為基礎(chǔ)建立的ontoloyg是有效可行的ontology enginneering的開發(fā)思路，敘詞表所具有的概念集合和語義關(guān)聯(lián)為本體技術(shù)的開發(fā)提供了豐富的資源。敘詞表必須通過技術(shù)規(guī)范和方法指導(dǎo)逐漸向on－tology遷移，以達(dá)到ontoloyg中要求精確的類與類、類與實(shí)體之間的邏輯關(guān)系。
　　
　　1　敘詞語言建構(gòu)本體理論的原則和方法分析
　　
　　敘詞語言的概念語義關(guān)系主要用“用”、“代”、“分”、“屬”、“參”等表示，但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)這些語義關(guān)系的邏輯劃分界限并不十分嚴(yán)謹(jǐn)，如表示等級關(guān)系就包括多種：地殼運(yùn)動和地殼平行運(yùn)動(包含關(guān)系)、寫字樓和寫字間(整體和部分關(guān)系)、機(jī)械理論和電機(jī)原理(類和實(shí)例關(guān)系)，這樣，在邏輯關(guān)系的區(qū)別上存在著明顯的混淆。本體技術(shù)的應(yīng)用要求語義關(guān)系建立在嚴(yán)格的邏輯之上，對于敘詞語言的本體轉(zhuǎn)換需要根據(jù)敘詞的不同情況采取不同的方法：①統(tǒng)一規(guī)則關(guān)系，如聯(lián)合國糧農(nóng)組織在轉(zhuǎn)換Agrovoc敘詞表時(shí)，將BT／NT關(guān)系統(tǒng)一為類與實(shí)例關(guān)系；②概念分解，如Per-ishable Product可以表示為帶有Perishable屬性的Prod－uct，Mother可以表示為帶有Female屬性的Parent。為了促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)本體技術(shù)的發(fā)展，使得敘詞語言更完備地轉(zhuǎn)換為本體，國際信息與文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會重新修訂了敘詞結(jié)構(gòu)與使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(ISO5946)，其中明確規(guī)定了轉(zhuǎn)換方法：①用XML Schema構(gòu)建敘詞標(biāo)記語言，建立敘詞語言描述本體的基本框架；②用RDF Schema表示敘詞內(nèi)容，可以將敘詞表中某一個(gè)概念范疇作為本體的某一領(lǐng)域的域值直接引入；③用DAML+OIL、OWL表示敘詞關(guān)系，將本體理論描述引進(jìn)深入。其中，OWL作為語義萬維網(wǎng)的核心技術(shù)，意在提供一種語言，用于描述Web文檔和應(yīng)用中固有的類和類之間的關(guān)系。它通過定義類和類的屬性來形式化一個(gè)領(lǐng)域，聲明和定義對象與對象的屬性以及在OWL形式化語義允許程度上對類和對象進(jìn)行推理。
　　OWL提供三種表達(dá)能力漸強(qiáng)的子語言，分別是OWLLite、OWL DL、OWL Full。OWL Lite支持的是那些需要一個(gè)分類體系和簡單約束功能的用戶。例如當(dāng)OWL Lite支持集約束時(shí)，它只允許集的值為0或1。OWL DL支持的是想獲得最大表達(dá)能力、具有完全計(jì)算能力及確定性的用戶。OWL DL包括所有OWL語言的約束，如：類型區(qū)分(一個(gè)類不能同時(shí)是一個(gè)對象或者屬性，一個(gè)屬性不能同時(shí)是一個(gè)對象或者類)。OWL DL設(shè)計(jì)目的是支持現(xiàn)有的描述邏輯和為推理系統(tǒng)提供預(yù)期的計(jì)算屬性。OWL Full支持的是想獲得最大的表達(dá)能力但不確定是否需要計(jì)算性的用戶。在OWL Full中，一個(gè)類能同時(shí)作為對象的集合，它本身也可以作為一個(gè)對象。OWL Full允許一個(gè)本體增加一個(gè)前控詞表的意義。
　　以上三種子語言，哪一種更適合應(yīng)用本體的使用?具體來看，選擇OWL Lite還是OWL DL，要根據(jù)用戶對OWL所提供的需求程度來判斷，OWL Lite的推理器具有令人滿意的計(jì)算屬性，而OWL DL推理器在遇到其他具有確定性的子語言時(shí)，將按最壞情況處理，服從復(fù)雜性更高的子語言；選擇OWLDL還是OWL Full，主要根據(jù)用戶對建模工具的需求程度來判斷，兩者相比，OWL Full對推理的支持比預(yù)期的相對較弱。
　　
　　2　敘詞語言建構(gòu)本體的模型理論分析
　　
　　2，1建模步驟
　　本體建模理論主要以方法來表示，本體的建模方法有很多，其中Mariano Fernandez&GOMEZ-PEREZ等的METHONTOLOGY方法最為著名。METHONTOLO－GY是一種本體建模的結(jié)構(gòu)性方法，其步驟為：
　　2，1，1制定說明單的使用內(nèi)容說明單的制定要詳細(xì)、完備、一致，內(nèi)容包括本體建模的目的、場景、用戶確定、實(shí)現(xiàn)本體的結(jié)構(gòu)化程度、范圍及本體要表達(dá)的術(shù)語集、特性和力度。
　　2，1，2獲取信息的來源和方法信息來源途徑很多，可以是各行業(yè)專家的思想、文獻(xiàn)、數(shù)字、新聞等。獲得信息的方法有邏輯思維法、訪談法、本文知識的分析與總結(jié)、知識檢索工具的使用。
　　2，1，3概念化過程將領(lǐng)域知識組織成概念模型，用說明單中識別的領(lǐng)域詞匯表來描述問題和制定解決方案。生成的概念模型允許最終用戶確定一個(gè)本體是否有用，并且對于某個(gè)給定的應(yīng)用不需要查看源代碼就可判斷是否可用；比較多個(gè)本體的范圍、完整性、可重用性和共享性。
　　2，1，4實(shí)現(xiàn)過程
　　用任何一種形式化的語言編碼實(shí)現(xiàn)本體。需要一種開發(fā)環(huán)境的軟件支持，包括：詞法與語法分析器、翻譯器、編輯器、瀏覽器、搜索器、評價(jià)器、自動維護(hù)工具。
　　2，1，5評價(jià)過程
　　對本體構(gòu)建的每一個(gè)環(huán)節(jié)中本體本身、軟件環(huán)境、文檔狀況進(jìn)行評判，包括正確性、穩(wěn)定性和有效性。
　　2，1，6文檔構(gòu)成形成本體構(gòu)建過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行文檔存貯。
　　
　　　2，2建立詞間關(guān)系自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
　　由于敘詞表所表達(dá)的詞間關(guān)系過于寬泛，必須對其進(jìn)行預(yù)處理和精煉。通過預(yù)處理和精煉，可以將敘詞轉(zhuǎn)換為本體中的概念，將詞間關(guān)系精煉為明確的概念間關(guān)系。
　　2，2，1要確定詞間關(guān)系轉(zhuǎn)換規(guī)則
　　例如，在Agrovoc敘詞表中，sheep RT mutton被定義為sheep(usedTo－Make>mutton，則可以規(guī)定If class x is sheep#1 andclass Y is mutton#1，and X RT Y then X Y。這樣，敘詞關(guān)系sheep RT mutton自動轉(zhuǎn)換為概念關(guān)系sheepmutton。
　　2，2，2改正有問題的詞間關(guān)系并轉(zhuǎn)換為正確的概念關(guān)系主要算法是：
　　
　　
　　2，2，3檢查詞間關(guān)系轉(zhuǎn)換的結(jié)果，對不合理的詞間關(guān)系進(jìn)行修改可以通過三種方式進(jìn)行檢查：
　　?概念檢查：查詢概念，返回概念間的關(guān)系，檢查是否正確，如檢索“sheep”。
　　?概念間關(guān)系查詢：如。
　　?規(guī)則查詢，如Ⅱx and Y are marked as“T*”inthe concept type field，and X BT Y，then XY。
　　
　　2，3本體的OWL輸出表示
　　我們可以把METHONTOLOGY方法看成是對敘詞表的精煉過程，通過建模實(shí)現(xiàn)了敘詞表詞匯上的豐富和語義關(guān)系上的邏輯表達(dá)。在此方法下，通過軟件工具Prot6g62000，利用OWL語言來整體建模，模型文檔片段如下所示：
　　
　　對于建模的評價(jià)應(yīng)該是查看建模文檔的合理程度及運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)，從中體現(xiàn)出本體概念、屬性及語義關(guān)系的明確性和準(zhǔn)確性，將結(jié)果返回到建模步驟2.1.4中，進(jìn)行修改，經(jīng)反復(fù)修改后最終確定該領(lǐng)域的本體模型框架和內(nèi)容。在建構(gòu)本體的過程中，利用敘詞表進(jìn)行本體建構(gòu)具有客觀的優(yōu)勢，敘詞表本身被稱為輕量級本體，其所包含的概念層次清晰、邏輯性強(qiáng)，對各個(gè)學(xué)科專業(yè)詞匯收錄得比較完備，在敘詞表的基礎(chǔ)上構(gòu)建本體可以起到事半功倍的效果。尤其對于一些專業(yè)敘詞表，其構(gòu)建本體的效果更好。
　　
　　3　農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表向農(nóng)業(yè)本體轉(zhuǎn)換實(shí)例分析
　　
　　3，1農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表的OWL描述
　　對于W3C推薦的本體描述語言O(shè)WL有著更為強(qiáng)大的表達(dá)能力，是在Web上發(fā)布和共享本體語義標(biāo)記語言，OWL有三種子語言：OWL Lite、OWL DL和OWLFull。農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表轉(zhuǎn)換為本體將以O(shè)WL語言格式進(jìn)行保存。我們通過農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表中的一個(gè)例子來說明向本體轉(zhuǎn)換的情況，下面為“劍橋?qū)W派”的部分?jǐn)⒃~及詞間關(guān)系：
　　
　　
　　以上為較為簡單的OWL表達(dá)的敘詞表中敘詞間的語義關(guān)系，若要更為精確地表達(dá)，還要建立更多屬性來描述細(xì)分后的語義關(guān)系，這里就不再說明了。
　　
　　3，2農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表轉(zhuǎn)換本體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
　　農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表本身是一個(gè)敘詞數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的語言體系。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)研制出電子版的農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表，我們就以Visual Stu－dio，net 2005應(yīng)用軟件為平臺，構(gòu)建本體批量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能包括以下三個(gè)方面：
　　通過系統(tǒng)界面層CAT_To_OWL的顯示，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的操作主界面如圖1所示：
　　主界面中“核心轉(zhuǎn)化”模塊為主模塊，該模塊可以選擇需轉(zhuǎn)換的敘詞的一級類目，可選擇多個(gè)，并能夠暫停或終止轉(zhuǎn)換操作，狀態(tài)區(qū)顯示轉(zhuǎn)換的進(jìn)度，如圖2所示：
　　核心轉(zhuǎn)換過程中，系統(tǒng)根據(jù)所選定的一級類目，查找出所有的敘詞，將所有敘詞進(jìn)行“類”的定義，并將和這些敘詞具有等同、等級和相關(guān)關(guān)系的敘詞查找出，最后根據(jù)不同的關(guān)系類型進(jìn)行OW1的轉(zhuǎn)換，如圖3所示：
　　以上是對農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表轉(zhuǎn)換為本體的功能操作。另外，系統(tǒng)的參數(shù)配置及轉(zhuǎn)換結(jié)果的比較和評判也是重要的功能部分。通過農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表的豐富素材及相關(guān)專家的預(yù)處理，才逐步形成了轉(zhuǎn)換后的相關(guān)“類”的語義關(guān)系，繼而形成了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域本體完整的結(jié)構(gòu)與充實(shí)的內(nèi)容，為農(nóng)業(yè)信息資源的組織與管理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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